Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 04/2018, 02.04.2018

Bildverarbeitung sorgt für fehlerfreie Etikettenkontrolle

Die Herstellung von Lebensmitteln erfolgt heute nahezu immer mit einem hohen Grad an Automatisierung. So etwa in der Produktion bei Käseherstellern – zum Beispiel beim Lesen, Überprüfen und Auswerten von Etiketten auf Käseverpackungen.

Autor: Stefan Waizmann, Technical Marketing SVS-Vistek

Das Firmenmotto von Kaiser Engineering aus Rheinfelden bei Basel ist klar: «Bei uns dreht sich alles ums Automatisieren», lautet es. Neben den Themen Maschinenbau, Roboterlösungen und Elektroengineering zählt dabei nach Aussage von Roger Schweingruber, dem stellvertretenden Geschäftsführer von Kaiser Engineering, die Bildverarbeitung zu den Kernkompetenzen des Unternehmens. Diese vier Kompetenzzentren können laut Roger Schweingruber einzeln oder im Kollektiv genutzt werden: «Damit liefern wir eine enorme Bandbreite für alle Bereiche der Industrie und erarbeiten kundenspezifische und optimierte Lösungen für unsere Kunden.» Auch FDA-konforme Konstruktionen für die Lebensmittelbranche zählen zu den üblichen Aufgabenstellungen des Unternehmens.

Auftrag für Käseverpackungen

Die Erfahrungen bei der Entwicklung von Anlagen zur Lebensmittelherstellung kamen Kaiser Engineering auch bei einem Auftrag zum Lesen, Überprüfen und Auswerten von Etiketten auf Käseverpackungen zugute. Kunde ist ein in der Schweiz und international bekanntes Unternehmen, das sich auf die Herstellung und den Vertrieb von Milchprodukten sowie auf die Käseveredlung spezialisiert hat.

«Früher wurden auf den Etiketten der Käseverpackungen nur die Anwesenheit des Barcodes kontrolliert», so Roger Schweingruber. «Inzwischen ist die Geschwindigkeit in solchen Anlagen sehr hoch, so dass diese Überprüfung nur noch automatisiert erfolgen kann. In enger Zusammenarbeit mit der Fabrimex Systems AG haben wir für diese Aufgabe eine Lösung entwickelt, die heute für eine zuverlässige 100 Prozent-Kontrolle aller Etiketten und der darauf abgebildeten Daten sorgt.»

Die ebenfalls in der Schweiz angesiedelte Fabrimex Systems AG bietet OEM- und Systemlösungen für die Automatisierung und Qualitätskontrolle in zahlreichen Branchen an und arbeitet schon seit vielen Jahren mit Kaiser Engineering, erläutert Roger Schweingruber: «Kaiser Engineering liefert seinen Kunden die zuvor nach den spezifizierten Anforderungen entwickelten, schlüsselfertigen Anlagen. Viele der darin verwendeten Automatisierungsprodukte beziehen wir von Fabrimex Systems, die uns die für die vorliegende Aufgabe optimalen Industrie-PC-Systeme, Bildverarbeitungskomponenten oder Messdatenerfassungssysteme empfehlen.» Obwohl er im eigenen Unternehmen bereits auf grosse Bildverarbeitungserfahrungen zurückgreifen kann, sieht Roger Schweingruber Fabrimex Systems als die Bildverarbeitungsexperten an: «Dieser Partner berät uns schon seit Jahren und unterstützt uns bei der Auswahl der optimalen Bildverarbeitungskomponenten für die jeweiligen Anforderungen. Hier verlassen wir uns voll auf die Empfehlungen von Fabrimex Systems.» Kaiser Engineering integriert die auf diese Weise ausgewählten Bildverarbeitungskomponenten anschliessend und übernimmt auch die Programmierung, wobei häufig die Erfahrungen zum Thema Robotik hilfreich sind.

Fabrimex Systems ist in der Schweiz bereits seit vielen Jahren der Vertriebsweg für die Industriekameras des deutschen Herstellers SVS-Vistek aus Seefeld bei München. Thomas Graf, Verkaufsleiter bei der Fabrimex Systems, dazu: «SVS-Vistek entwickelt und produziert hochwertige Kameras und kann sehr schnell und flexibel auf besondere Kundenanforderungen eingehen. Die verfügbaren Kameramodelle und -serien sind in Bezug auf Auflösung, Geschwindigkeit, Schnittstellen und viele weitere technische Merkmale extrem vielfältig. Wir haben deshalb bei zahlreichen Installationen unserer Kunden sehr gute Erfahrungen mit dem Einsatz von SVS-Vistek-Kameras gemacht.»

Optimal angepasst

Im Fall der Anlagen für die Prüfung der Etiketten auf verpackten Käseportionen stellte Thomas Graf in enger Zusammenarbeit mit Kaiser Engineering ein Bildverarbeitungssystem zusammen, welches auf IP67-geschützten GigE-Vision Kameras vom Typ ECO 625 respektive ECO 815 mit 5 und 9 Megapixel Auflösung basiert. Sie sind mit bewährten 2/3“ und 1“ Sensoren von Sony ausgestattet. Je nach Anforderung kommt sogar die 12 Megapixel-Variante dieser Kamerareihe zum Einsatz.

Eine Besonderheit dieser Kamerafamilie ist der integrierte zwei- oder vierkanalige Blitzcontroller, der direkt über die Kamera angesteuert werden kann. «Diese Eigenschaft der SVS-Vistek-Kameras hat für den Anwender den Vorteil, dass er bei der Integration erheblich Zeit, Platz und Kosten spart. Zudem muss er nur ein statt zwei SDKs nutzen und miteinander synchronisieren. Das reduziert seinen Aufwand deutlich», hebt Thomas Graf hervor. Das bestätigt Roger Schweingruber: «Unser Aufwand und unsere Kosten für die Anbindung der Kameras an diese Anlage und an die Auswertesoftware lagen erheblich unter dem sonst Üblichen. Wesentliche Gründe dafür sind das I/O-Konzept und die integrierten Blitzcontroller der SVS-Vistek-Kameras.»

Eine weitere Eigenschaft der Kameras führt ebenfalls zu einer einfacheren und schnelleren Entwicklung des Gesamtsystems, betont Thomas Graf: «Sie unterstützen das so genannte Safe-Trigger-Konzept, bei dem das Triggersignal von Störungen befreit wird.»

Als zusätzliches Argument für die Auswahl der Kameras von SVS-Vistek nennt Thomas Graf das staub- und wasserdichte IP67-Gehäuse, die damit ohne zusätzlichen Schutz in Anwendungen zur Lebensmittelproduktion eingesetzt werden können. Denn hier werden die Produktions- und Verarbeitungsanlagen regelmässig und zum Teil mit Hochdruckreinigern gesäubert. Diesen harten Anforderungen halten die ECO-Kameras von SVS-Vistek durch ihre IP67-Eigenschaften sowohl am Tubus, als auch an der Kamera selbst stand. Auch das M8/M12-Steckerkonzept, das dem Feldverkabelungsstandard entspricht, gewährleistet die erforderliche Dichtigkeit für diesen Einsatzfall. «Die Kombination dieser Eigenschaften macht die Kameras der ECO-Reihe zur ersten Wahl für die Anwendung bei Kaiser engineering», so Thomas Graf.

Zahlreiche Etikettenvarianten

Da die Verpackungen und Etiketten beim Blitzen aufgrund ihrer Materialien zum Glänzen neigen, was die nachfolgende Auswertung erschweren würde, entwickelte Kaiser Engineering eine speziell für diese Aufgabe optimierte, tunnelförmige, indirekte Beleuchtungseinheit auf Basis von zwei LED-Leuchten des Herstellers Effilux. Die aufgenommenen Bilder können über den Matrox Design Assistant 5, der auf der eingesetzten Bildverarbeitungssoftware MIL von Matrox basiert, problemlos ausgewertet werden. Die gesamte Bildauswertung läuft auf einem lüfterlosen, leistungsstarken Industrie-PC von Fabrimex Systems.

«Es gibt in dieser Anlage rund 150 verschiedene Etikettentypen, auf denen je nach Käsesorte und Kunde unterschiedliche Daten aufgedruckt sein können. Eine angebundene Datenbank liefert dem Bildverarbeitungssystem daher zunächst Informationen über die Daten, die auf dem aktuellen Etikett geprüft und gelesen werden sollen», erklärt Roger Schweingruber. «Die gelesenen Daten werden dann im Anschluss an das übergeordnete SAP-System übergeben und gespeichert.»

Roger Schweingruber nennt eine weitere Besonderheit: «Jeder Kunde kann selbst entscheiden, welche Daten er auf den Etiketten haben möchte. Für unsere Anlagen bedeutet dies, dass wir die Bildverarbeitung möglichst flexibel gestalten müssen, um zum Beispiel auch eine sprachunabhängige Auswertung zu ermöglichen.» Als Beispiele nennt Roger Schweingruber das Lesen von Gewichten in amerikanischen Einheiten oder von Daten in kyrillischer Schrift für den russischen Markt. «Dies erreichen wir mit der parametrierbaren Software zur Bildverarbeitung von Matrox Imaging, dem Design Assistant 5, welcher neben vielen mächtigen Funktionen zur Bildverarbeitung auch eine integrierte Rezeptverwaltung hat.» Die Anforderungen an die Bildverarbeitung sind dabei anspruchsvoll: Bei einer Bandgeschwindigkeit von rund 1 Meter pro Sekunde bleiben maximal 150 ms Zeit, um zwei Codes und bis zu 20 zusätzliche Prüfungen von Texten, Datumsangaben, Logos oder Dimensionen auf jeder Verpackung zu lesen und auszuwerten. Mögliche Fehlerarten sind fehlende oder falsche sowie nicht lesbare, nicht gelesene oder falsch ausgewertete Etiketten. «Derzeit stoppt die Maschine nach fünf erkannten Fehlern für eine manuelle Nachprüfung. Für künftige Anlagen wollen wir jedoch auch dies komplett automatisiert realisieren», so Roger Schweingruber.

Pläne für die Zukunft

Derzeit laufen die vier eingesetzten Maschinen des beschriebenen Typs bei diesem Käsehersteller sehr stabil. Darüber hinaus entwickelt Kaiser Engineering jedoch noch ein anderes Projekt, bei dem eine extrem hochauflösende Kamera von SVS-Vistek mit 47 Megapixel zum Einsatz kommen soll. Welche Aufgabenstellung damit genau gelöst werden soll möchte Roger Schweingruber allerdings noch nicht verraten.

SVS-Vistek www.svs-vistek.com
Fabrimex Systems AG www.fabrimex-systems.ch
Kaiser Engineering GmbH www.kaiser-engineering.ch



Die Käseverpackungen laufen an dieser Station von links kommend unter dem Bildverarbeitungssystem hindurch und werden nach der Inspektion von einem Roboter in Transportkisten abgelegt. (Bild: Kaiser Engineering)


Kameramodelle der ECO-Reihe von SVS-Vistek stellen die Basis der Etikettenprüfung an den Käseverpackungen dar. (Bild: SVS-Vistek)


Aufgrund ihres staub- und wasserdichten IP67-Gehäuses und des robusten Steckerkonzepts eignen sich die ECO-Kameras von SVS-Vistek für Anwendungen in der Lebensmittelproduktion. (Bild: SVS-Vistek)


Das eingesetzte Bildverarbeitungssystem besteht aus zwei LED-Beleuchtungen von Effilux, GigE-Vision Kameras von SVS-Vistek und einem Industrie-PC von Fabrimex Systems, auf dem die Bilder über den Matrox Design Assistant 5 aus der Bildverarbeitungssoftware MIL von Matrox ausgewertet werden. (Bild: Kaiser Engineering)